Wie die Lichtgeschwindigkeit zuerst gemessen wurde

Wie die Lichtgeschwindigkeit zuerst gemessen wurde

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum steht beigenau 299.792.458 Meter pro Sekunde“. Der Grund, warum wir heute eine genaue Zahl angeben können, ist, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum eine mit Lasern gemessene Universalkonstante ist; und wenn ein Experiment Laser umfasst, ist es schwierig, mit den Ergebnissen zu argumentieren. Warum dies als Ganzzahl etwas auffällig erscheint, ist dies kein Zufall - die Länge des Meters wird anhand dieser Konstante definiert: „Die Länge des Weges, die das Licht im Vakuum während eines Zeitintervalls von 1 / 299,792,458 Sekunden zurücklegt . ”

Vor einigen hundert Jahren war man sich allgemein einig oder ging zumindest davon aus, dass die Lichtgeschwindigkeit unendlich groß war, wenn es tatsächlich nur wirklich, wirklich, sehr schnell ist - als Referenz ist die Lichtgeschwindigkeit nur etwas langsamer als die schnellste Was in der bekannten Universe die Antwortzeit eines Teenagers ist, wenn Justin Bieber auf Twitter sagen würde: "Der erste, der auf diesen Tweet antwortet, wird meine neue Freundin sein."

Die erste bekannte Person, die die gesamte „Lichtgeschwindigkeit ist unendlich“ in Frage stellt, war der Philosoph Empedokles aus dem 5. Jahrhundert v. Weniger als ein Jahrhundert später war Aristoteles mit Empedokles nicht einverstanden, und die Auseinandersetzung dauerte über 2000 Jahre.

Der niederländische Wissenschaftler Isaac Beeckman war einer der ersten Prominenten, der tatsächlich mit einem Experiment experimentierte, um zu testen, ob das Licht eine Geschwindigkeit hatte. Obwohl er in einer Zeit vor den Lasern lebte, was mir die Gänsehaut beschert, verstand Beeckman Ohne Laser sollte die Grundlage eines jeden guten wissenschaftlichen Experiments immer Explosionen sein. Sein Experiment beinhaltete also das Detonieren von Schießpulver.

Beeckman stellte Spiegel in verschiedenen Entfernungen von der Explosion auf und fragte die Beobachter, ob sie einen Unterschied darin sehen könnten, wann der von jedem Spiegel reflektierte Lichtblitz ihre Augen erreichte. Wie Sie sich vermutlich denken können, war das Experiment "nicht schlüssig".

Ein ähnliches, berühmteres Experiment, das keine Explosionen beinhaltete, wurde möglicherweise von Galileo Galilei etwas weniger als ein Jahrzehnt später im Jahr 1638 durchgeführt oder zumindest vorgeschlagen. Galileo vermutete ebenso wie Beeckman, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht unendlich ist, und machte vorübergehende Referenzen zu einem Experiment mit Laternen in einigen seiner Arbeit. Bei seinem Experiment (falls er es überhaupt jemals durchgeführt hatte), wurden zwei Laternen im Abstand von einer Meile aufgestellt und versucht, festzustellen, ob zwischen den beiden eine merkliche Verzögerung auftrat. Die Ergebnisse waren nicht schlüssig. Das einzige, was Galileo vermuten konnte, war, wenn Licht nicht unendlich wäre, dann wäre es schnell und Experimente in so kleinem Maßstab würden zum Scheitern verurteilt sein.

Erst als der dänische Astronom Ole Römer in den Kampf geriet, wurden Messungen der Lichtgeschwindigkeit ernst. In einem Experiment, bei dem Galileo-Blitzlaternen auf einem Hügel wie ein Projekt für eine Grundschulwissenschaftsmesse aussahen, stellte Römer fest, dass ein Experiment, da es keine Laser und Explosionen gab, immer den Weltraum einschließen sollte. So stützte er seine Beobachtungen auf die Bewegung der Planeten selbst und gab am 22. August 1676 seine bahnbrechenden Ergebnisse bekannt.

Beim Studium eines Jupitermondes bemerkte Römer insbesondere, dass die Zeit zwischen den Finsternissen im Laufe des Jahres variieren würde (je nachdem, ob sich die Erde in Richtung Jupiter bewegte oder von ihm weg war). Neugierig machte Römer sich darüber nach, wann sich der Zeitpunkt (der Mond, den er beobachtete) betrat und wie es mit dem erwarteten Zeitpunkt korrelierte. Nach einer Weile bemerkte Römer, dass, wenn die Erde die Sonne umkreiste und sich wiederum von Jupiter entfernte, der Zeitpunkt, zu dem Io in Sicht kam, der erwarteten Zeit hinterherhinken würde, die in seinen Aufzeichnungen angegeben ist. Römer stellte (zu Recht) die Theorie auf, dass das von Io reflektierte Licht nicht

Leider gingen die genauen Berechnungen, die er verwendete, beim Kopenhagener Feuer von 1728 verloren, aber wir haben einen ziemlich guten Bericht über die Nachrichten aus seiner Entdeckung und von anderen Wissenschaftlern aus dieser Zeit, die Römer's Zahlen in ihrer eigenen Arbeit verwendeten. Das Wichtigste dabei war, dass Römer anhand einer Reihe von cleveren Berechnungen, die den Durchmesser der Bahnen der Erde und Jupiters errechneten, zu dem Schluss gelangte, dass Licht etwa 22 Minuten brauchte, um den Durchmesser der Erdbahn um die Sonne zu durchqueren. Christiaan Huygens wandelte dies später in allgemeinere Zahlen um, was zeigt, dass das Licht nach Römer-Schätzungen bei etwa 220.000 Kilometern pro Sekunde lag. Diese Zahl ist ein wenig (etwa 27%) von der im ersten Absatz angegebenen Zahl, aber wir werden gleich darauf eingehen.

Als Römers Kollegen in seiner Theorie über Io fast alle Zweifel äußerten, antwortete Römer ruhig und sagte ihnen, dass die Finsternis von Io am 9. November 1676 10 Minuten zu spät sein würde. Als die Zeit gekommen war, waren die Zweifler verblüfft, als die Bewegung eines ganzen Himmelskörpers seiner Schlussfolgerung Glauben schenkt.

Römers Kollegen waren zu Recht in Erstaunen versetzt worden, da seine Einschätzung der Lichtgeschwindigkeit selbst heute noch als erstaunlich genau angesehen wird, wenn man bedenkt, dass sie 300 Jahre vor der Existenz beider Laser, des Internets und der von Conan O'Brien gemacht wurde Haar.Okay, es waren 80.000 Kilometer pro Sekunde zu langsam, aber angesichts des damaligen Standes von Wissenschaft und Technik ist das bemerkenswert beeindruckend, zumal er vor allem nur an einer Ahnung arbeitete.

Umso erstaunlicher ist es, dass der Grund für Römer's Einschätzung als etwas zu langsam angesehen wird, um weniger mit einem Fehler von seiner Seite zu tun zu haben, als vielmehr mit der Tatsache, dass der allgemein akzeptierte Durchmesser der Erd- und der Jupiter-Umlaufbahn zu der Zeit abgelaufen war Römer hat seine Berechnungen gemacht. Also ja, Römer lag nur deshalb falsch andere Die Leute waren nicht so toll in der Wissenschaft wie er. In der Tat, wenn Sie die korrekten Umlaufbahnzahlen in die nach seinen Berichten vor der Zerstörung seiner Papiere in dem oben genannten Feuer vermuteten ursprünglichen Berechnungen einsetzen, ist seine Einschätzung beinahe richtig.

Obwohl er technisch falsch lag und obwohl James Bradley 1729 eine genauere Zahl vorschlug, wird Römer als der Kerl in die Geschichte eingehen, der zuerst bewies, dass die Lichtgeschwindigkeit nicht unendlich groß ist, und er hat eine ziemlich genaue Kugelfigur entwickelt Die genaue Geschwindigkeit war die Beobachtung der Bewegungen eines Specks, der eine riesige Gaskugel umkreiste, die etwa 780 Millionen Kilometer entfernt war. Genau hier, meine Damen und Herren, tut ein schlechter Kerl ohne Laser die Wissenschaft.

Bonus Fakten:

  • Die Energie, die erforderlich ist, um die Erde um die Sonne zu umkreisen, beträgt etwa 2,6478 × 10 3 33 Joule oder 7,3551 × 10 2 29 Wattstunden oder 6,3285 × 10 17 Megatonnen TNT. Die größte jemals explodierende Atomexplosion (der Zar Bomba von der Sowjetunion) erzeugte "nur" 50 Megatonnen an TNT-Energie. Es würde also etwa 12.657.000.000.000.000 dieser Atombomben benötigen, die an der richtigen Stelle explodieren, um die Erde daran zu hindern, die Sonne zu umkreisen.
  • Abgesehen von der Debatte darüber, ob die Lichtgeschwindigkeit unendlich groß war oder nicht, bestand eine gemeinsame Debatte im Laufe der Geschichte darin, ob Licht aus dem Auge selbst oder von etwas anderem stammte oder nicht. Zu den berühmten Wissenschaftlern, die an die Theorie des „Lichts vom Auge“ glauben, gehörten Ptolemäus und Euklid. Die meisten, die diese Theorie für richtig hielten, glaubten auch, dass die Lichtgeschwindigkeit unendlich sein muss, denn sobald wir unsere Augen öffnen, können wir eine große Anzahl von Sternen am Nachthimmel sehen, und diese Zahl erhöht sich nicht, je länger wir schauen, außer natürlich Wir haben vorher ein helles Licht betrachtet und unsere Augen passen sich an die Dunkelheit an.

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